CN105490466A - 层叠铁心及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种层叠铁心及其制造方法，能防止铁心片的起伏所引起的结合树脂的裂痕。层叠铁心(10)向在层叠方向连通地形成的多个结合部(13)中填充树脂(14)而使在层叠方向相邻的铁心片彼此结合，满足(T×S)/η＞{(4×E×δ×w×t³)/L³}×n。其中，T：树脂的强度(N/mm²)，S：结合部，E：条状材料的杨氏模量(N/mm²)，δ：铁心片的起伏量(mm)，w：铁心片的径向的宽度(mm)，t：铁心片的板厚(mm)，n：铁心片的层叠片数，L：在周向相邻的结合部间的距离(mm)，η：安全率。层叠铁心的制造方法设定树脂的种类、铁心片的材质、和铁心片的形状的任意1个或者2个以上，以便满足上式。

Description

层叠铁心及其制造方法

技术领域

本发明涉及使用树脂将在层叠方向相邻的铁心片彼此结合的而成层叠铁心及其制造方法。

背景技术

在层叠铁心的制造中，从成本、制造的容易度的观点而言，一般使用铆接、焊接将在层叠方向相邻的铁心片彼此接合，但有如下问题：铁心片间的短路导致铁损增加、占积率下降等。

因此，提出了如下方法：通过在层叠铁心的层叠方向连通地形成的贯通孔、凹部中填充树脂，从而将铁心片彼此接合(例如参照专利文献1)。由此，能够提高马达的力矩、效率等。

另外，为了提高马达的性能，还将铁心片冲裁并将条状材料薄板化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2003-529309号公报

发明内容

本发明欲解决的问题

然而，由于将条状材料变薄，从而存在条状材料的起伏(翘曲)增大的倾向，作为结果，从条状材料冲裁下来的铁心片的起伏(翘曲)也会增大。因此，如图4(A)所示，在用树脂91将多个铁心片90接合后(释放模塑加压后)的层叠铁心92中，在起伏所导致的反弹力的作用下，应力会作用于接合的树脂91，如图4(B)所示，有时树脂91会断裂并产生树脂裂痕。

其结果是，会产生如下问题：马达组装不良、驱动时的振动、噪声、损坏等。

此外，以提高生产率为目的，还有在将条状材料多片重叠的状态下将铁心片同时多片冲裁的方法，但在该情况下，铁心片的起伏也存在增大的倾向。

本发明是鉴于该情况而完成的，其目的在于提供一种层叠铁心及其制造方法，能防止铁心片的起伏所引起的结合树脂的裂痕。

用于解决问题的方案

根据上述目的第1发明所涉及的层叠铁心具有：多个铁心片，其被从条状材料冲裁出并层叠；及在所述多个铁心片的周向具有多个的结合部，其由在所述多个铁心片的层叠方向连通地形成的贯通孔或者凹部构成，在该结合部中填充树脂，使在层叠方向相邻的所述铁心片彼此结合，所述层叠铁心的其特征在于，满足下式：

(T×S)/η＞{(4×E×δ×w×t³)/L³}×n

其中，T：树脂的强度(N/mm²)，S：结合部或者树脂的截面积(mm²)，E：条状材料的杨氏模量(N/mm²)，δ：铁心片的起伏量(mm)，w：铁心片的径向的宽度(mm)，t：铁心片的板厚(mm)，n：铁心片的层叠片数，L：在周向相邻的结合部间的距离(mm)，η：安全率。

另外，在将所述条状材料重叠了多片的状态下同时冲裁出所述铁心片的情况下，本发明的效果更为显著。

所述结合部也可以是穿通层叠铁心的轭而形成的贯通孔。

所述结合部也可以是形成于层叠铁心的径向外侧或者内侧的凹部。

所述结合部也可以是形成于层叠铁心的磁极部间的绕组槽，通过在该绕组槽的表面涂布树脂从而成为树脂层，在上述式子中，S是树脂层的截面积(mm²)。

根据上述目的第2发明所涉及的层叠铁心的制造方法从条状材料冲裁出多个铁心片并层叠，在周向形成多个结合部，所述结合部由在层叠的该铁心片的层叠方向连通的贯通孔或者凹部构成，在该结合部中填充树脂，将在层叠方向相邻的所述铁心片彼此结合，所述层叠铁心的制造方法的特征在于，设定所述树脂的种类、所述铁心片的材质、和所述铁心片的形状的任意1个或者2个以上，以便满足下式：

(T×S)/η＞{(4×E×δ×w×t³)/L³}×n

其中，T：树脂的强度(N/mm²)，S：结合部或者树脂的截面积(mm²)，E：条状材料的杨氏模量(N/mm²)，δ：铁心片的起伏量(mm)，w：铁心片的径向的宽度(mm)，t：铁心片的板厚(mm)，n：铁心片的层叠片数，L：在周向相邻的结合部间的距离(mm)，η：安全率。

另外，在将所述条状材料重叠了多片的状态下同时冲裁出所述铁心片的情况下，本发明的效果更为显著。

所述结合部也可以是穿通层叠铁心的轭而形成的贯通孔。

所述结合部也可以是形成于层叠铁心的径向外侧或者内侧的凹部。

所述结合部也可以是形成于层叠铁心的磁极部间的绕组槽，通过在该绕组槽的表面涂布树脂从而成为树脂层，在上述式子中，S是树脂层的截面积(mm²)。

发明的效果

本发明所涉及的层叠铁心及其制造方法由于使用上述式子，所以，能够预先掌握填充在结合部中的树脂的耐负荷、与铁心片所产生的起伏所导致的反作用力的关系。因此，由于通过满足上述式子的关系，从而能够防止铁心片的起伏所引起的树脂裂痕，得到品质良好的层叠铁心。

附图说明

图1(A)是本发明的一个实施方式所涉及的层叠铁心的平面图，(B)是构成该层叠铁心的铁心片的侧向剖视图。

图2是变形例所涉及的层叠铁心的平面图。

图3是本发明的其他实施方式所涉及的层叠铁心的平面图。

图4(A)是示出将用模具进行加压而树脂接合后的层叠铁心从模具取出、并释放加压从而产生了反弹的状态的说明图，(B)是示出由于产生反弹而产生了树脂裂痕的状态的说明图。

图5是本发明的其他实施方式所涉及的层叠铁心的平面图。

附图标记说明

10：层叠铁心，11：铁心片，12：轭，13：贯通孔(结合部)，14：树脂，15：层叠铁心，16：凹部(结合部)，17：磁极部，18：层叠铁心，19：贯通孔(结合部)

具体实施方式

接下来，参照附图，说明将本发明具体化的实施方式，以利于本发明的理解。

如图1(A)、(B)所示，本发明的一个实施方式所涉及的层叠铁心10是定子层叠铁心(定子)，在从条状材料冲裁并层叠的多个铁心片11的轭12的层叠方向连通地形成的贯通孔(结合部的一个例子)13中填充树脂14，使在层叠方向相邻的铁心片11彼此结合，防止铁心片11的起伏(翘曲)所引起的树脂14的裂痕。下面详细说明。

构成层叠铁心10的铁心片11是环状的一体构造的铁心片。此外，铁心片也可以是能够将多个圆弧状的铁心片部连接为环状的分割构造的铁心片。

该铁心片11例如是从厚度为0.10～0.5mm左右的由电磁钢板、非晶态材料等构成的条状材料冲裁形成的，存在条状材料的厚度越薄(0.2mm以下左右)，起伏量越大的倾向。

另外，铁心片11是从1片条状材料冲裁形成的，但也可以从多片(例如2片、甚至3片以上)重叠的状态的条状材料冲裁，在该情况下，存在起伏量更大的倾向。

在层叠方向相邻的铁心片11彼此在贯通孔13中填充树脂14而结合，但如图2所示，也可以在层叠铁心15的径向外侧在周向设有多个在层叠方向连通地形成的凹部(结合部的一个例子)16，并在各凹部16中填充树脂14来进行结合。此外，填充树脂的凹部也可以形成在层叠铁心的径向内侧。

另外，铁心片彼此的结合也可以通过组合上述的贯通孔13、径向外侧的凹部16、和径向内侧的凹部的任意2个以上来进行。进一步，也可以将利用树脂进行的结合与利用铆接及焊接的任意一个或者两个进行的结合并用。

贯通孔13为截面圆形，在层叠铁心10的周向以等间距形成有多个(此处为8个)。此外，贯通孔的形状不限于截面圆形，例如可以是截面椭圆形、截面多边形等。

该贯通孔13的个数与磁极部17的个数相同，但也可以将个数少于磁极部17个数的贯通孔13在周向等间隔设置，另外，也可以为磁极部17的整数倍。

另外，考虑到对磁通流动的影响(铁心效率的下降)，贯通孔13的截面积越小越好，例如为10mm²以下左右较好，但如果将贯通孔13的形状变更为对磁通流动的影响小的形状，那么就不限于此。

此外，关于凹部16，也与上述说明的贯通孔13同样，关于凹部16的形状、形成的位置、数量不限于图2所示的形态。

对于填充在贯通孔13中的树脂14，使用了热固化性树脂(例如环氧树脂)，但也可以使用热塑性树脂。

此外，也可以使用在这些树脂中添加填充物(填料)来提高了强度(具有耐久性)的树脂。

上述的层叠铁心10满足下式。

(T×S)/η＞{(4×E×δ×w×t³)/L³}×n(1)

其中，T：树脂的强度(N/mm²＝MPa)，S：结合部的截面积(mm²)，E：条状材料的杨氏模量(N/mm²＝MPa)，δ：铁心片的起伏量(mm)，w：铁心片的径向(轭)的宽度(mm)，t：铁心片的板厚(mm)，n：铁心片的层叠片数，L：在周向相邻的结合部间的距离(mm)，η：安全率。

(1)式中，左边的(T×S)表示树脂的耐负荷，将其除以安全率η，从而即使铁心片产生起伏，也能够设定能够稳定地防止树脂的裂痕的树脂的耐负荷F。因此，安全率η超过1即可，例如设定在2～3的范围较好。

另外，在(1)式中的右边是起伏所导致的铁心片的反作用力W，是能够从产生起伏量δ所需的力算出的式子。此外，该式子是利用使用了图1(A)、(B)所示的模型的截面二次力矩的计算式来得到的。

所以，如(1)式所示，通过使左边大于右边(F＞W)，从而能够得到没有树脂裂痕的层叠铁心10。

此外，在(1)中，由于上述的原因，所以左边大于右边即可，因此关于左边的上限值没有特别规定。但是，由于贯通孔的截面积越大而越给磁通流动带来不利的影响、树脂的强度越高越必须使用特殊的树脂(导致制造成本的增加)，所以可以使左边“(T×S)/η”为右边“{(4×E×δ×w×t³)/L³}×n”的3倍以下，进一步为2倍以下较好。

在以上的记载中，说明了层叠铁心是在内径侧配置有转子层叠铁心的内转子型的电动机的定子层叠铁心(定子)的情况，但也可以是图3所示的层叠铁心18、即磁阻马达的转子层叠铁心(转子)。在该情况下，与上述的定子同样，能够使用在周向相邻的贯通孔(结合部的一个例子)19间的距离L1(mm)和轭的宽度w1(mm)来算出。

同样，也能够适用于外转子型的电动机的定子、转子。

对于这些层叠铁心，层叠的相邻的铁心片彼此也由在层叠方向连通地形成的结合部、即贯通孔、径向外侧的凹部、和径向内侧的凹部的任意1个或者2以上的结合，并进一步将利用该树脂进行的结合与铆接及焊接的任意一个或者两个并用来结合。

另外，对于具有永磁体的内转子、步进马达的转子也能够适用上述(1)式，此外，也可以适用于转子和定子在旋转轴方向并列的轴向间隙马达。在这些情况下，虽然没有与构成上述层叠铁心的铁心片的径向(轭)的宽度w、w1相应的明确的部分，但例如使用在周向相邻的结合部间的距离L、L1的20％以上80％以下等、基于铁心片的形状(芯设计)而相当于宽度w、w1的值即可。

并且，也可以对图5所示的形态适用(1)式。在上述实施例中，作为结合部设有贯通孔或者凹部，但可以将相邻的齿17间的绕组槽20视作成为结合部的凹部，通过在绕组槽20的表面形成树脂层21，从而能够使在层叠方向相邻的铁心片11彼此结合。

在该情况下，作为结合部间的距离L，能够使用齿17的宽度L2，作为结合部的截面积S，能够使用树脂层21的截面积S2来算出。

此外，由于树脂层21除了作为结合部来发挥作用外，还作为绕组与层叠铁心的绝缘物来发挥作用，所以在绕组时不需要使用绝缘纸、或者使用其他部件的绝缘体。

接下来，参照图1(A)、(B)说明本发明的一个实施方式所涉及的层叠铁心的制造方法。

首先，为了满足上述(1)式，设定树脂14的种类、铁心片11的材质、和铁心片11的形状(芯设计)的任意1个或者2个以上。该设定作业基于制品要求规格、实际成绩值，例如使用计算机(运算单元)来进行。

下面说明上述设定条件。

树脂14的种类是指强度T不同的树脂，该强度T例如能够通过选定热固化性树脂、热塑性树脂的种类、和通过调整在这些树脂中添加的填充物等种类、形状、量来进行各种调整。

另外，铁心片11的材质是指条状材料(铁心片)的杨氏模量E、铁心片的起伏量δ，例如能够通过选定条状材料(电磁钢板等)的品质(母材、皮膜的化学成分、热处理等制造条件)、加工条件(冲裁方法、有无退火等)来进行各种调整。

而且，铁心片11的形状是指结合部的截面积S、铁心片的径向的宽度w、铁心片的板厚t、铁心片的层叠片数n、在周向相邻的结合部间的距离(以下也称作结合部间距离)L，例如能够基于制品要求规格等来进行各种调整。

此外，为了满足上述(1)式，在设定树脂14的种类、铁心片11的材质、和铁心片11的形状(芯设计)的任意1个或者2个以上时，在该各设定条件所包含的上述各种条件中调整任意1个或者2个以上即可。

基于上述设定条件，用以下所示的方法来制造层叠铁心10。

首先，从例如厚度为0.10～0.5mm左右(进一步为0.2mm以下)的电磁钢板构成的条状材料，冲裁出多个铁心片11并层叠。此外，铁心片11的冲裁是从1片条状材料进行的，但也可以从将多片(例如2片、进一步为3片以上)条状材料重叠的状态的条状材料同时冲裁出多个铁心片。

然后，在层叠的铁心片11的层叠方向形成的贯通孔13中填充树脂14后，进一步使其固化，将在层叠方向相邻的铁心片11彼此结合。此外，在图2所示的层叠铁心15中，在层叠铁心15的外周面设置挡板，在凹部16内填充树脂14后，使其固化(径向内侧的凹部也同样)。

此外，对于转子层叠铁心，也能够利用与上述定子层叠铁心同样的方法来制造。

实施例

接下来，说明为了确认本发明的作用效果而进行的实施例。

使用的制品(定子层叠铁心)的概要规格如下。外径：φ223mm，贯通孔间的距离L：50mm，轭的宽度w：30mm，层叠铁心的层叠厚度：50mm，条状材料的杨氏模量E：180GPa(180000N/mm²)

在该层叠铁心中，安全率η为2，变更铁心片的板厚t、同时冲裁出的铁心片的片数(同时冲裁片数)、各贯通孔的截面积S、树脂的强度T的各种条件，算出树脂的耐负荷F和铁心片的反作用力W，调查是否产生了树脂裂痕。

上述各种条件和结果如表1所示。

[表1]

首先，说明将从1片条状材料冲裁形成的多个铁心片层叠并制造层叠铁心的情况(同时冲裁片数：1)。

如表1的实施例1所示，在铁心片的板厚t为0.30mm的情况下，由于板厚t比较厚，所以起伏量δ小(0.10mm)。因此，树脂的耐负荷F比铁心片的反作用力W大(F＝100＞W＝78)，能够消除树脂裂痕。

比较例1是铁心片的板厚t比实施例1薄(0.20mm)的情况下的结果。

这样，通过将板厚t变薄，从而起伏量δ比实施例1大(0.40mm)。因此，树脂的耐负荷F比铁心片的反作用力W小(F＝100＜W＝138)，产生了树脂裂痕。

实施例2是在比较例1的条件下，变更树脂的种类(树脂强度：大)的情况下的结果。

这样，通过变更树脂的种类，使树脂的强度T大于比较例1(100N/mm²)，从而树脂的耐负荷F比铁心片的反作用力W大(F＝200＞W＝138)，能够消除树脂裂痕。

另外，实施例3是在比较例1的条件下增大贯通孔的截面积的情况下的结果。

这样，通过使贯通孔的截面积大于比较例1(6mm²)，从而树脂的耐负荷F比铁心片的反作用力W大(F＝150＞W＝138)，能够消除树脂裂痕。

接下来，说明将从重叠2片条状材料的状态的材料冲裁形成的铁心片层叠多层并制造层叠铁心的情况(同时冲裁片数：2)。

比较例2是在实施例3的条件下将同时冲裁片数增加为2片的情况下的结果。

这样，通过增加同时冲裁片数，从而起伏量δ比实施例3大(0.50mm)。因此，树脂的耐负荷F比铁心片的反作用力W小(F＝150＜W＝173)，产生了树脂裂痕。

实施例4是在比较例2的条件下，变更树脂的种类(树脂强度：大)的情况下的结果。

这样，通过变更树脂的种类，使树脂的强度T大于比较例2(100N/mm²)，从而树脂的耐负荷F比铁心片的反作用力W大(F＝300＞W＝173)，能够消除树脂裂痕。

另外，实施例5是在比较例2的条件下增大贯通孔的截面积的情况下的结果。

这样，通过使贯通孔的截面积大于比较例2(8mm²)，从而树脂的耐负荷F比铁心片的反作用力W大(F＝200＞W＝173)，能够消除树脂裂痕。

从以上的结果可知，通过使用本发明的层叠铁心及其制造方法，能够确认能够防止铁心片的起伏所引起的结合树脂的裂痕。

以上，参照实施方式说明了本发明，但本发明不限于任何上述的实施方式所记载的构成，包含权利要求书所记载的事项的范围内考虑的其他实施方式、变形例。例如，将上述的各实施方式、变形例的一部分或者全部组合而构成本发明的层叠铁心及其制造方法的情况也包含在本发明的权利范围中。

Claims (10)

1.一种层叠铁心，具有：

多个铁心片，其被从条状材料冲裁出并层叠；及

在所述多个铁心片的周向具有多个的结合部，其由在所述多个铁心片的层叠方向连通地形成的贯通孔或者凹部构成，

在该结合部中填充树脂，使在层叠方向相邻的所述铁心片彼此结合，

所述层叠铁心的特征在于，满足下式：

(T×S)/η＞{(4×E×δ×w×t³)/L³}×n

其中，T：树脂的强度(N/mm²)，S：结合部或者树脂的截面积(mm²)，E：条状材料的杨氏模量(N/mm²)，δ：铁心片的起伏量(mm)，w：铁心片的径向的宽度(mm)，t：铁心片的板厚(mm)，n：铁心片的层叠片数，L：在周向相邻的结合部间的距离(mm)，η：安全率。

2.如权利要求1所述的层叠铁心，其特征在于，

在多片重叠了所述条状材料的状态下，将所述铁心片同时冲裁出。

3.如权利要求1所述的层叠铁心，其特征在于，

所述结合部是穿通层叠铁心的轭而形成的贯通孔。

4.如权利要求1所述的层叠铁心，其特征在于，

所述结合部是形成于层叠铁心的径向外侧或者内侧的凹部。

5.如权利要求1所述的层叠铁心，其特征在于，

所述结合部是形成于层叠铁心的磁极部间的绕组槽，通过在该绕组槽的表面涂布树脂从而成为树脂层，

在所述式中，S是树脂层的截面积(mm²)。

6.一种层叠铁心的制造方法，

从条状材料冲裁出多个铁心片并层叠，

在周向形成多个结合部，所述结合部由在层叠的该铁心片的层叠方向连通的贯通孔或者凹部构成，

在该结合部中填充树脂，将在层叠方向相邻的所述铁心片彼此结合，所述层叠铁心的制造方法的特征在于，

设定所述树脂的种类、所述铁心片的材质、和所述铁心片的形状的任意1个或者2个以上，以便满足下式：

(T×S)/η＞{(4×E×δ×w×t³)/L³}×n

其中，T：树脂的强度(N/mm²)，S：结合部或者树脂的截面积(mm²)，E：条状材料的杨氏模量(N/mm²)，δ：铁心片的起伏量(mm)，w：铁心片的径向的宽度(mm)，t：铁心片的板厚(mm)，n：铁心片的层叠片数，L：在周向相邻的结合部间的距离(mm)，η：安全率。

7.如权利要求6所述的层叠铁心的制造方法，其特征在于，

在多片重叠了所述条状材料的状态下，将所述铁心片同时冲裁出。

8.如权利要求6所述的层叠铁心的制造方法，其特征在于，

所述结合部是穿通层叠铁心的轭而形成的贯通孔。

9.如权利要求6所述的层叠铁心的制造方法，其特征在于，

所述结合部是形成于层叠铁心的径向外侧或者内侧的凹部。

10.如权利要求6所述的层叠铁心的制造方法，其特征在于，

所述结合部是形成于层叠铁心的磁极部间的绕组槽，通过在该绕组槽的表面涂布树脂从而成为树脂层，

在所述式中，S是树脂层的截面积(mm²)。